(Luận án tiến sĩ) bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trong dạy học dự án về các ứng dụng kĩ thuật của nhiệt động lực học – vật lí trung học phổ thông

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI DƯƠNG DIỆP THANH HIỀN BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CỦA HỌC SINH TRONG DẠY HỌC DỰ ÁN VỀ CÁC ỨNG DỤNG KĨ THUẬT CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC - VẬT LÍ TRUNG HỌC PHỔ THÔNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC Hà Nội, 2023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI DƯƠNG DIỆP THANH HIỀN BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CỦA HỌC SINH TRONG DẠY HỌC DỰ ÁN VỀ CÁC ỨNG DỤNG KĨ THUẬT CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC - VẬT LÍ TRUNG HỌC PHỔ THƠNG Chun ngành: Lí luận PPDH mơn Vật lí Mã số: 9.14.01.11 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS Nguyễn Ngọc Hưng TS Nguyễn Anh Thuấn Hà Nội, 2023 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi, kết trình bày luận án trung thực chưa công bố cơng trình khoa học khác Hà nội, … tháng … năm 2023 Tác giả Dương Diệp Thanh Hiền ii LỜI CẢM ƠN Trước tiên, cho em gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến tập thể hướng dẫn: Thầy PGS TS Nguyễn Ngọc Hưng, Thầy TS Nguyễn Anh Thuấn tận tâm bảo, hướng dẫn, động viên suốt thời gian thực luận án Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn đến: Ban Giám hiệu, Phịng Sau đại học, BCN Khoa Vật lí Trường Đại học Sư Phạm Hà Nội tạo điều kiện giúp đỡ tơi q trình học tập nghiên cứu Trong thời gian học tập nghiên cứu, rèn luyện, trao dồi kiến thức chuyên môn lực nghiên cứu thông qua buổi seminar mơn Kết đạt nhờ chia sẻ nhiệt tình từ Thầy, Cô tổ môn Phương Pháp dạy học Vật lí, Anh/ Chị NCS Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn đến Thầy PGS TS Phạm Xuân Quế, Thầy PGS TS Nguyễn Văn Biên, Thầy TS Tưởng Duy Hải có nhiều hỗ trợ góp ý giúp em hồn thành luận án Tơi gửi lời cảm ơn đến Ban Giám hiệu, BCN Khoa Sư Phạm, tổ môn Sư phạm KHTN Trường Đại học Quy Nhơn tạo điều kiện hỗ trợ, giúp đỡ q trình tơi thực luận án Tơi xin chân thành cảm ơn em HS, Thầy/ Cô giáo trường phổ thông thành phố Quy Nhơn hỗ trợ việc khảo sát thực nghiệm sư phạm, giúp tơi hồn thành nội dung luận án Và cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè ủng hộ, động viên khích lệ suốt thời gian học tập nghiên cứu Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà nội, … tháng … năm 2023 Tác giả Dương Diệp Thanh Hiền iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN ÁN vi DANH MỤC CÁC BIỂU BẢNG vii DANH MỤC CÁC HÌNH viii MỞ ĐẦU 1 Lí chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Giả thuyết nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Nhiệm vụ nghiên cứu Các phương pháp nghiên cứu Đóng góp luận án Cấu trúc luận án CHƯƠNG TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .5 1.1 Nghiên cứu dạy học dự án 1.2 Nghiên cứu dạy học ứng dụng kĩ thuật vật lí 11 1.3 Nghiên cứu bồi dưỡng lực giải vấn đề 15 1.4 Các vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu 18 CHƯƠNG CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA DẠY HỌC DỰ ÁN VỀ ỨNG DỤNG KĨ THUẬT CỦA VẬT LÍ NHẰM BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CỦA HỌC SINH 19 2.1 Dạy học dự án 19 2.1.1 Khái niệm DHDA 19 2.1.2 Bản chất DHDA 19 2.1.3 Cơ sở triết học tâm lí học DHDA 20 2.1.4 Các giai đoạn tiến trình DHDA 24 2.2 Dạy học ứng dụng kĩ thuật vật lí theo tiến trình dạy học giải vấn đề 25 2.2.1 Tiến trình dạy học giải vấn đề nghiên cứu ứng dụng kĩ thuật vật lí 25 iv 2.2.2 Dạy học ứng dụng kĩ thuật vật lí theo đường .26 2.3 Dạy học dự án ứng dụng kĩ thuật vật lí theo tiến trình dạy học giải vấn đề 26 2.4 Bồi dưỡng lực giải vấn đề học sinh dạy học dự án ứng dụng kĩ thuật vật lí 34 2.4.1 Khái niệm lực, lực giải vấn đề .34 2.4.2 Cấu trúc lực giải vấn đề nghiên cứu dự án ứng dụng kĩ thuật vật lí 35 2.4.3 Các công cụ đánh giá lực giải vấn đề học sinh nghiên cứu dự án ứng dụng kĩ thuật vật lí 51 2.5 Khảo sát thực tế dạy học dự án ứng dụng kĩ thuật vật lí nhằm bồi dưỡng lực giải vấn đề học sinh 52 2.5.1 Mục đích khảo sát 52 2.5.2 Phương pháp đối tượng khảo sát 52 2.5.3 Phân tích kết khảo sát 53 2.6 Đề suất số biện pháp nhằm bồi dưỡng lực giải vấn đề học sinh dạy học dự án ứng dụng kĩ thuật vật lí .62 KẾT LUẬN CHƯƠNG 64 CHƯƠNG THIẾT KẾ TIẾN TRÌNH DẠY HỌC HAI DỰ ÁN VỀ ỨNG DỤNG KĨ THUẬT CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC 65 3.1 Nội dung kiến thức nhiệt động lực học chương trình vật lí phổ thơng 65 3.2 Thiết kế tiến trình dạy học dự án “Tủ lạnh gia đình” 66 3.2.1 Sự cần thiết việc tổ chức cho học sinh nghiên cứu dự án “Tủ lạnh gia đình” 66 3.2.2 Mục tiêu dạy học dự án “Tủ lạnh gia đình” 67 3.2.3 Tiến trình nghiên cứu dự án “Tủ lạnh gia đình” 67 3.3 Thiết kế tiến trình dạy học dự án “Động Stirling” 85 3.3.1 Sự cần thiết việc tổ chức cho học sinh nghiên cứu dự án “Động Stirling” 85 3.3.2 Mục tiêu dạy học dự án “Động Stirling” 86 3.3.3 Tiến trình nghiên cứu dự án “Động Stirling” 87 KẾT LUẬN CHƯƠNG 103 v CHƯƠNG THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 104 4.1 Mục đích thực nghiệm sư phạm 104 4.2 Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm 104 4.3 Tiến hành thực nghiệm sư phạm 104 4.3.1 Lựa chọn đối tượng thực nghiệm sư phạm 104 4.3.2 Phương pháp kế hoạch thực nghiệm sư phạm 105 4.3.3 Phương pháp thu thập, xử lí số liệu thực nghiệm .105 4.4 Phân tích kết thực nghiệm sư phạm 106 4.4.1 Đánh giá định tính kết thực nghiệm sư phạm lần .106 4.4.2 Đánh giá định tính kết thực nghiệm sư phạm lần .111 4.4.3 Đánh giá định lượng kết hai lần thực nghiệm sư phạm .140 KẾT LUẬN CHƯƠNG 147 KẾT LUẬN CHUNG VÀ ĐỀ XUẤT 148 TÀI LIỆU THAM KHẢO 151 PHỤ LỤC PHỤ LỤC 1: TIẾN TRÌNH DẠY HỌC VÀ RUBRIC ĐÁNH GIÁ DỰ ÁN “TỦ LẠNH GIA ĐÌNH” PHỤ LỤC 2: TIẾN TRÌNH DẠY HỌC VÀ RUBRIC ĐÁNH GIÁ DỰ ÁN “ĐỘNG CƠ STIRLING” 33 PHỤ LỤC 3: TIÊU CHÍ ĐÁNH GIÁ Q TRÌNH THAM GIA DỰ ÁN .58 PHỤ LỤC 4: TIÊU CHÍ ĐÁNH GIÁ MƠ HÌNH VC – CN .60 PHỤ LỤC 5: HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG CÁC KĨ THUẬT DẠY HỌC 61 PHỤ LỤC 6: PHIẾU ĐIỀU TRA KHẢO SÁT 63 vi CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN ÁN STT Chữ viết tắt Ý nghĩa CNg Công nghệ CNg CT Công nghệ chế tạo DHDA Dạy học dự án DA Dự án ĐCN Động nhiệt GV Giáo viên GQVĐ Giải vấn đề HS Học sinh NC Nghiên cứu 10 NC DA Nghiên cứu dự án 11 NL Năng lực 12 NL GQVĐ Năng lực giải vấn đề 13 NTHĐ Nguyên tắc hoạt động 14 PPDH Phương pháp dạy học 15 TN Thí nghiệm 16 TB Thiết bị 17 TBKT Thiết bị kĩ thuật 18 TBTN Thiết bị thí nghiệm 19 THCS Trung học sở 20 THPT Trung học phổ thông 21 ThNSP Thực nghiệm sư phạm 22 ƯDKT Ứng dụng kĩ thuật 23 VĐ Vấn đề 24 VC-CN Vật chất – chức vii DANH MỤC CÁC BIỂU BẢNG Bảng 1.1 Lịch sử phát triển DA – DHDA Bảng 1.2 Các NC giai đoạn DHDA Bảng 1.3 Các NC bước tham gia GQVĐ 17 Bảng 2.1 Khung NL GQVĐ sử dụng để đánh giá mức độ hành vi HS 41 Bảng 2.2 Khung NL GQVĐ sử dụng để đánh giá mức độ hành vi HS 45 Bảng 3.1 Yêu cầu cần đạt nội dung kiến thức NĐLH chương trình VL phổ thơng 2006 65 Bảng 3.2 Yêu cầu cần đạt nội dung kiến thức NĐLH chương trình VL 2018 66 Bảng 4.1 Mã hóa nhóm HS thực nghiệm 104 Bảng 4.2 Kế hoạch ThNSP lần 106 Bảng 4.3 Kế hoạch ThNSP lần 111 Bảng 4.4 Bảng mơ tả q trình chế tạo máy lạnh 122 Bảng 4.5 Bảng mô tả trình chế tạo động Stirling 122 Bảng 4.6 Bảng mô tả VĐ kĩ thuật giải pháp điều chỉnh HS chế tạo động Stirling theo CNg CT beta 124 Bảng 4.7 Bảng mô tả VĐ kĩ thuật giải pháp điều chỉnh HS chế tạo động Stirling theo CNg CT gamma 128 Bảng 4.8 Bảng mô tả VĐ kĩ thuật giải pháp điều chỉnh HS chế tạo tủ lạnh theo CNg CT phương pháp hóa tác nhân 133 Bảng 4.9 Bảng kết mức độ tổ hợp số hành vi HS 141 Bảng 4.10 Bảng kết mức độ tổ hợp số hành vi HS 141 lần ThNSP lần 141 Bảng 4.11 Bảng kết mức độ tổ hợp số hành vi HS 142 Bảng 4.12 Bảng điểm kết tham gia DA HS lần ThNSP lần 146 Bảng 4.13 Bảng điểm kết tham gia DA HS lần ThNSP lần 146 viii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Sơ đồ tiến trình NC ƯDKT VL theo đường 11 Hình 1.2 Sơ đồ tiến trình NC ƯDKT VL theo đường 12 Hình 1.3 Cập nhật, bổ sung NL GQVĐ đánh giá Pisa 15 Hình 2.1 Tiếp cận vấn đề DA học tập 19 Hình 2.2 Đầu vào đầu DA học tập 20 Hình 2.3 Lí thuyết cân J Piaget 22 Hình 2.4 Lí thuyết vùng phát triển gần Lev Vygotsky 23 Hình 2.5 Các giai đoạn tiến trình DHDA 24 Hình 2.6 Tiến trình NC DA ƯDKT VL 29 Hình 2.7 Cấu trúc NL GQVĐ NC DA ƯDKT VL 37 Hình 2.8 Bản hiệu chỉnh hệ thống phân cấp nhận thức Bloom Anderson Krathwol 39 Hình 2.9 Thang tâm vận động năm cấp độ Dave R.H 40 Hình 2.10 Sơ đồ sử dụng công cụ đánh giá NL GQVĐ HS DHDA 52 Hình 2.11 Đồ thị thể mức độ thực trạng dạy học 53 kiến thức “NĐLH” trường THPT 53 Hình 2.12 Đồ thị thể mức độ việc sử dụng PPDH nhằm bồi dưỡng NL GQVĐ HS 54 Hình 2.13 Đồ thị thể mức độ đạt số hành vi 55 Hình 2.14 HS trường giới tính em trình khảo sát 55 Hình 2.15 Đo hệ số Cronbach’s Alpha nhằm xác định giá trị thang đo .56 Hình 2.16 Kết thống kê mơ tả sử dụng để phân tích liệu 57 Hình 2.17 Kết thống kê mơ tả sử dụng để phân tích liệu ảnh hưởng giới tính đến NL GQVĐ 58 Hình 2.18 Sử dụng Independent Samples T-test so sánh mức độ số hành vi NL GQVĐ HS trường 59 Hình 2.19 Mức độ tham gia hình thức tổ chức dạy học tích cực HS .60 Hình 2.20 Mức độ tham gia hoạt động nhóm HS 60 Hình 2.21 Mức độ tham gia TK thuyết trình HS 60 Hình 2.22 Mức độ tham gia chế tạo thiết bị TN HS 61 Hình 2.23 Các hoạt động tìm kiếm thơng tin HS 61 Hình 2.24 Nguyện vọng HS học môn VL 61